PRO/II による スターリング・サイクル 温水加熱、水冷 グリーンウッド

屋根に設置するハイブリッド・コレクター（Hybrid Collector）で温水を作れば、大気をヒートシンクにするボトミング・サイクルを構築できる。

アンモニアー水バイナリー・サイクルはコストを除けば実用になる出力が得られることが分かったが最高圧力が30気圧以上となって法規制がうるさく、家庭用に開発するにはかなり困難が予想される。 ペンタンサイクルは圧力も低い。残るは容積型の膨張機が手に入らない。

そこでスターリング・サイクルはどうか検討した。

＜ヘリウムガス封入の400Wのフリーピストン・スターリング・エンジン＞

パナソニックからヘリウムガス封入の400Wのフリーピストン・スターリング・エンジンが市販されている。リニアジェネレーターなど組み込んだすぐれものだ。構造上水冷却のようだ。 熱源温度200^oC以上と書いてある。問い合わせると100^oCの温水向けは販売していないという。

スターリング・サイクルは熱交換器一体の容積型の圧縮・膨張器を使い行程が複雑で理解がむずかしい。しかし熱力学的には連続運転の外熱式再生型ガスタービンサイクルと等価である。そこでPRO/IIを使ってシミュレートしてみる。ものの30分で答えがでた。

スターリングサイクルと等価の外熱式再生型ガスタービンサイクル

冷却水温度32-33.7^oC、温水温度150-140^oC、容積型の圧縮機断熱効率90%、膨張機断熱効率95%、作動流体が ヘリウム、圧縮比1.4から開始。正味出力がゼロとなることを確認。すなわち150^oC以上でないと出力は得られない。

したがってPVハイブリッド・コレクターで100^oCの温水を作っているかぎりスターリング・エンジンは使えないということになる。

February 8, 2010